VAD äR TIME DILATION?

Send

Ett av de mest intressanta ämnena inom vetenskapen är begreppet allmän relativitet. Du vet, den här idén att konstiga saker händer när du är nära ljusets hastighet. Det finns konstiga förändringar av tingenas längd, bisarra förskjutning av våglängder. Och mest förbryllande av allt finns det begreppet utvidgning: hur du bokstavligen kan uppleva mer eller mindre tid baserat på hur snabbt du reser jämfört med någon annan.

Och ännu främling än så? Som vi såg i filmen Interstellar kan bara spendera tid nära ett mycket massivt objekt, som ett svart hål, orsaka samma relativistiska effekter. Eftersom massa och acceleration är samma sak?

Ärligt talat räcker det för att ge dig en enorm huvudvärk.

Men bara för att jag tycker att konceptet är förbryllande, kommer jag fortfarande att hålla i stycket och försöka förstå mer om det och hjälpa dig att slå in din hjärna också. För min egen fördel, för din fördel, men mest för min fördel.

Det finns en stor anekdot i fysikens historia - det är förmodligen inte vad som faktiskt hände, men jag älskar fortfarande den.

En av de mest berömda astronomerna under 1900-talet var Sir Arthur Eddington, spelad av en strålande David Tennant i 2008-filmen, Einstein och Eddington. Vilket, du borde verkligen se, om du inte redan har gjort det.

Så hur som helst, Doctor Who, jag menar Eddington, hade arbetat med hur stjärnor genererar energi (genom fusion) och personligen bekräftat att Einsteins förutsägelser om General Relativity var korrekta när han observerade en total solförmörkelse 1919.

Tydligen under en föreläsning av Sir Arthur Eddington, frågade någon, "Professor Eddington, du måste vara en av de tre människorna i världen som förstår allmän relativitet." Han pausade ett ögonblick och sa sedan, "ja, men jag försöker tänka på vem den tredje personen är."

Det är definitivt inte jag, men jag känner någon som har hand om General Relativity, och det är Dr. Brian Koberlein, en astrofysikprofessor vid Rochester Institute of Technology. Han täcker hela tiden detta ämne på sin blogg, One Universe At A Time, som du bör besöka och läsa på briankoberlein.com.

Faktum är att bara för att demonstrera hur detta fungerar har Brian bekvämt pressat sitt RIT-kontor till nästan lätt hastighet och skadar mot oss just nu.

Dr. Brian Koberlein:
Hej Fraser, tack för att du har mig. Om du kan hänga på en sekund måste jag bara sakta ner.

Fraser Cain:
Vad hände just där? Varför bromsade ni alla ner?

Brian:
Det är faktiskt en intressant effekt som kallas tidsutvidgning. En av sakerna med ljus är att oavsett vilken referensram du är i, oavsett hur du rör dig genom universum, så kommer du alltid att mäta ljusets hastighet i ett vakuum för att vara densamma. Cirka 300 000 kilometer per sekund.

Och för att göra det, om du rör dig relativt mig, eller om jag rör mig relativt dig, måste våra referenser för tid och rum flytta för att hålla ljusets hastighet konstant. När jag går snabbare bort från dig måste min tid enligt dig tyckas minska. På samma hand verkar din tid att sakta ner relativt mig.

Och den tidsutvidgningseffekten är nödvändig för att hålla ljusets hastighet konstant.

fraser:
Händer detta bara när du flyttar?

Brian:
Tidsutvidgning sker inte bara på grund av relativ rörelse, det kan också ske på grund av tyngdkraften. Einsteins relativitetsteori säger att tyngdkraften är en egenskap av vridning av rum och tid. Så när du har en massa som Jorden, varpar den faktiskt utrymme och tid.

Om du står på jorden verkar din tid röra sig lite långsammare än någon upp i rymden på grund av skillnaden i tyngdkraften.

För jorden spelar det egentligen inte så mycket, men för något som ett svart hål kan det betyda mycket. När du kommer närmare och närmare ett svart hål, ser din tid ut att avta mer och mer och mer.

fraser:
Vad skulle detta betyda för rymdresor?

Brian:
I många gånger inom science fiction ser du tanken på att en raket rör sig mycket nära ljusets hastighet och använda tidsutvidgning för att resa till avlägsna stjärnor.

Men du kan faktiskt göra samma sak med allvar. Om du hade ett svart hål som skulle ut till en annan stjärna eller en annan galax, kan du faktiskt ta ditt rymdskepp och kretsa det mycket nära det svarta hålet. Och din tid verkar avta. Medan du kretsar runt det svarta hålet skulle det svarta hålet ta sig tid att komma till en annan stjärna eller en annan galax, och för dig verkar det verkligen snabbt.

Så det är ett annat sätt att du kan använda tidsutvidgning för att resa till stjärnorna, åtminstone inom science fiction.

fraser:
Okej Brian, jag har en sista fråga till dig. Om du blir mer massiv när du kommer närmare ljusets hastighet, kan du få så mycket massa att du förvandlas till ett svart hål? Jag skulle vilja att du ska svara på den här frågan i form av ett blogginlägg på briankoberlein.com och på Google+-inlägget kommer vi att länka här.

Brian:
Tack Fraser, jag har det svaret på min webbplats.

Återigen besökte vi det förvirrande området för tidsutvidgning och återvände relativt oskadade. Det betyder inte att jag förstår det bättre, men jag hoppas att du gör det i alla fall. Återigen ett stort tack till Dr. Koberlein för att han tog några minuter från sin relativistiska resa för att svara på våra frågor. Se till att du besöker hans blogg och läser hans svar på min fråga.